基于高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀的免疫學(xué)研究方案

感染時(shí)初始CD8+T細(xì)胞被激活、增殖分化為效應(yīng)CD8+T細(xì)胞，并伴隨體溫升高。要知道體溫升高是否會(huì)進(jìn)一步調(diào)控CD8+T細(xì)胞的激活分化，首先要解決對(duì)T細(xì)胞激活分化過程中的形態(tài)學(xué)變化進(jìn)行定量分析。

Amnis公司ImageStream高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀結(jié)合熒光顯微鏡和流式細(xì)胞儀的優(yōu)點(diǎn)，可在快速分析大量細(xì)胞的同時(shí)獲得每個(gè)細(xì)胞的圖像，進(jìn)行客觀定量的分析。我們知道，發(fā)燒的時(shí)候是機(jī)體正在對(duì)外來病原菌進(jìn)行抵抗。以往我們只是知道高溫能夠抑制病原菌的復(fù)制能力。但是來自于美國紐約的羅茲韋爾公園癌癥研究所(RPCI)的免疫與流式細(xì)胞儀研究組近日的研究表明，發(fā)燒還能夠提高免疫系統(tǒng)的功能，確切的說，是CD8+T細(xì)胞的功能[Thomas A. Mace, JLB,2011]。

在這篇研究中，美國Amnis公司的ImageStream高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀發(fā)揮了不可估量的作用，不僅完美的解決了傳統(tǒng)的流式分析和傳統(tǒng)圖像觀察的技術(shù)瓶頸，而且其強(qiáng)大的圖像定量分析能力也使之成為免疫學(xué)研究的利器。在炎癥或者受到病原菌侵染的時(shí)候，初始CD8+T細(xì)胞通過與APC細(xì)胞相互作用而被激活，進(jìn)而增值、分化為效應(yīng)CD8+T細(xì)胞，此激活過程可能會(huì)伴隨著體溫的升高。但是人們?nèi)圆涣私怏w溫的升高是否又會(huì)進(jìn)一步調(diào)控CD8+T細(xì)胞的激活和分化。

要解決這一問題，首先要解決的是如何對(duì)T細(xì)胞的激活和分化過程中的形態(tài)學(xué)變化進(jìn)行定量分析。而美國Amnis公司推出的ImageStream高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀使得這一問題迎刃而解：該系統(tǒng)結(jié)合了熒光顯微鏡和流式細(xì)胞儀的優(yōu)點(diǎn)，能夠在快速分析大量的細(xì)胞的同時(shí)獲得每個(gè)細(xì)胞的圖像，并可以對(duì)這些圖像進(jìn)行客觀、定量的分析。

近日，美國紐約的羅茲韋爾公園癌癥研究所《白細(xì)胞生物學(xué)雜志》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果：研究者利用ImageStream高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀對(duì)較低體溫(33°C和37°C)以及較高體溫(39.5°C)下小鼠CD8+T細(xì)胞與APC細(xì)胞的結(jié)合情況進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明，體溫升高后增強(qiáng)了二者的結(jié)合率。

另外更重要的是，研究者還發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠CD8+T細(xì)胞數(shù)量顯著增加，并且其膜表面的GM1以及CD8共受體聚集成簇從而影響了膜的流動(dòng)性。這些結(jié)果揭示了發(fā)燒引起的體溫增加能夠通過提高效應(yīng)細(xì)胞群體的數(shù)量來影響抗原特異性CD8+T細(xì)胞所調(diào)節(jié)的應(yīng)激效應(yīng)。在該研究中，ImageStream顯示了其強(qiáng)大的圖像定量分析能力。

研究者首先從實(shí)驗(yàn)小鼠體內(nèi)分離了初始CD8+T細(xì)胞，然后分別在33°C、37°C以及39.5°C孵育6小時(shí)后，通過用ImageStream分析其細(xì)胞膜的流動(dòng)性。由于ImageStream能夠?qū)z測(cè)到細(xì)胞進(jìn)行成像，所以可以直觀的顯示出FITC標(biāo)記的GM1蛋白均勻分布或成簇分布的情況(圖1B)。

通過軟件對(duì)整個(gè)群體細(xì)胞進(jìn)行定量的圖像分析，研究者利用ImageStream軟件中的BrightDetail Intensity參數(shù)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)溫度升高至39.5°C后細(xì)胞膜表面的GM1成簇現(xiàn)象明顯增加(圖1C)。另外，有報(bào)道表明T細(xì)胞激活時(shí)TCR信號(hào)復(fù)合體也會(huì)在細(xì)胞膜表面成簇。因此，研究者也對(duì)該復(fù)合體進(jìn)行了分析，同樣獲得了類似的結(jié)果(圖1G和圖H)。

為了檢測(cè)溫度是否會(huì)影響CD8+T細(xì)胞與APC細(xì)胞二連體的形成，研究者將初始CD8+T細(xì)胞分別在37°或39.5°C 孵育6小時(shí)，然后和C57BL/6脾細(xì)胞共培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)組用gp10025-33多肽處理。最后用ImageStream對(duì)發(fā)生免疫突觸的二連體細(xì)胞的數(shù)量進(jìn)行分析。

首先通過明場(chǎng)和Aspect Ratio(細(xì)胞的短軸/長(zhǎng)軸)設(shè)門區(qū)分單細(xì)胞和二連體細(xì)胞(圖2A和B，R1為單細(xì)胞，R2為二連體細(xì)胞)，然后通過CD8+Thy1.1+ (即 CD8+ T cells)和CD11b+ (即APC) 的表達(dá)進(jìn)行設(shè)門圈選出T細(xì)胞和APC的雙聯(lián)體細(xì)胞(圖2C)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度的升高使CD8+T細(xì)胞與APC二連體細(xì)胞的比例顯著增加(圖2D)。

圖2.溫度的升高導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞和APC細(xì)胞的二連體的比例增加

接下來，研究者希望探究CD8+T細(xì)胞的共受體是否也會(huì)隨著溫度的增加而聚集成簇。該共受體分子也和TCRβ一樣，是對(duì)CD8+T細(xì)胞激活非常重要的分子。通過研究證實(shí)了作者的猜測(cè)(圖3A和3B)。

圖3.小鼠的升高導(dǎo)致CD8+T細(xì)胞膜表面共受體成簇比例增加

同時(shí)研究者還利用ImageStream軟件中的Similarity參數(shù)對(duì)CD8共受體與GM1在細(xì)胞膜共定位情況進(jìn)行了分析，但是結(jié)果表明小鼠體溫增加前后的similarity值沒有差異(數(shù)據(jù)未顯示)。為了進(jìn)一步研究GM1在T細(xì)胞中的成簇情況，研究者分析了GM1和陰性對(duì)照CD71的共定位情況，結(jié)果表明在小鼠體溫增加前后similarity的值有所下降(右圖C和D)。圖像顯示CD71分子在小鼠體溫升高后并沒有和GM1共成簇(cocluster)，如右圖E所示。

最后，研究者認(rèn)為CD8+T細(xì)胞及其分化為效應(yīng)細(xì)胞的過程是對(duì)溫度敏感的。如果CD8+T細(xì)胞先處于較高的溫度下，然后接受到抗原刺激時(shí)會(huì)更加快速和有效的作出響應(yīng)。在此類免疫學(xué)研究中，研究者遇到的最大的技術(shù)瓶頸就是如何對(duì)大量的細(xì)胞圖像進(jìn)行定量分析并且獲得具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的數(shù)據(jù)—因?yàn)閭鹘y(tǒng)的流式細(xì)胞儀無法獲得細(xì)胞的形態(tài)學(xué)信息，而采用熒光顯微鏡需要通過人為進(jìn)行判斷分析，統(tǒng)計(jì)的細(xì)胞數(shù)量非常有限。而美國Amnis公司推出的ImageStream高內(nèi)涵顯微成像流式細(xì)胞儀完美的解決了這一問題，能夠快速、客觀的對(duì)蛋白轉(zhuǎn)位、分子共定位、形態(tài)改變、分子內(nèi)吞、免疫突觸形成等形態(tài)學(xué)進(jìn)行定量分析。